飞翼布局无人机进排气影响及机理分析.pdf

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1、2015年5月第41卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2015V01．41No．5http：ffbhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．CBDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2014．0327飞翼布局无人机进排气影响及机理分析郁新华+，陶于金，张琳，高丽敏(西北工业大学无人机研究所，西安710072)摘要：进气道尾喷管的存在不仅影响着飞机机身前后的流场特性与压力

2、分布，而且影响着飞机升力特性、阻力特性以及力矩特性．为了研究进排气效应对飞机气动特性的影响，采用计算流体力学(CFD)数值模拟技术，建立飞翼布局无人机(UAV)堵锥整流模型和动力影响模型，其中动力影响模型是根据发动机不同的工作状态，在进气道以及尾喷管截面上设置不同的边界条件，对比分析这两种计算模型在流场特征和气动特性上的差异性，揭示内在的影响机理．进排气效应的研究有助于飞机／发动机的一体化气动综合设计．关键词：飞翼布局无人机；进气道尾喷管；计算流体力学；气动特性；机理分析中图分类号：V21I．3文献标识码：A文

3、章编号：1001—5965(2015)05-0786-07飞翼布局无人机(UAV)具有良好的气动性能与隐身特性，逐渐成为近几年比较流行的气动布局¨1，如美国RQ一170无人机、法国神经元Neu．ron无人机、中国利剑无人机等，该类无人机通常在机身内部装置一台喷气发动机，并配有与机身高度融合的进排气系统．在分析该类飞行器气动性能时，通常在进气道、尾喷管处用光滑的堵锥整流，忽略了进气道尾喷管的干扰影响．实际上，气流流过进气道尾喷管时，机身头部及尾部的局部流场会发生改变，作用在内管壁上的气动力对飞机升力、阻力以及力矩

4、特性均会产生影响．对于稳定裕度较小的无尾飞机而言，特别是在飞机起降、机动飞行阶段，动力系统对气动特性的改变影响着飞机飞行安全、稳定性以及可控性，必须加以考虑．对常规飞机而言，进气道尾喷管一般装在机身上，动力影响对全机气动特性影响较小心。5]，动力影响量可以从相关手册查询¨o；而对于飞翼气动布局的动力影响量可查阅的参考资料很少，另外，飞翼飞机没有明显的机身，翼身高度融合，进气道尾喷管处的局部流场势必会影响翼面上的流动，因此，急需对飞翼气动布局的动力影响进行评估．一般可借助特种风洞试验或计算流体力学(CFD)数值模

5、拟技术．动力影响风洞试验意味着成本高、周期长、试验复杂程度高嵋’““；对大展弦比的飞机而言，试验模型的尺寸会受到风洞大小的限制，影响动力系统的安装与测试，试验的相似性难以保证。瑚1．近几年来，CFD数值模拟技术在无人机气动设计方面占据越来越明显的主导地位一o．国内外关于飞翼布局动力影响的文章很少，本文率先采用CFD数值模拟技术，对有无进排气系统的某飞翼布局无人机模型进行研究，详细分析堵锥整流模型与动力影响模型在流场特征和气动特性上的差别，并探究其中机理，为此类飞行器飞机／发动机一体化气动设计提供技术支持．1计算

6、方法本文用CFD数值模拟技术研究飞机内在的收稿日期：2014-06-06；录用日期：2014-08．25；网络出版时间：2014．10—1409：21网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／lO．13700／j．bh．1001-5965．2014．0327．html基金项目：国家自然科学基金(51236006)+通讯作者：郁新华(1972一)，男，江苏泰兴人，副教授，yuxinhua@nwpu．edu．cn，主要研究方向为无人机总体气动设计引用格式：都新华，廊于金，张琳，等．飞翼布局无人机进排

7、气影响及机理分析fJJ．北京航空航天大学学报，2015，41(5)：786—792．YuxH，TaoYJ，ZhangL，eta1．InfluenceofengineinletandexhaustonayingwingUAVanditsmechanismanalysis[JJ．Jour-nMofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics．2015．41(5)：786．792(inChinese)．第5期郁新华，等：飞翼布局无人机进排气影响及机理分析787流动特征本质

8、以及动力影响的本质．为了研究动力干扰影响，有两种分析计算模型，一种是在进气道、尾喷管处加装堵锥整流块模型，忽略动力的影响，如图1所示；另一种是动力影响模型，该模型内含有进气道、尾喷管，如图2所示．图1无人机堵锥整流模型图2无人机动力影响模型控制方程采用三维雷诺平均Navier—Stokes(N—S)方程，表达形式见文献[10-11]，对控制方程进行有限体积法离散；湍流模型采用Spala